物理学家的一笔罚单

时间:2024-06-26 03:08:01

多普勒在1842年就发现了这样一个现象:随着观察者不断接近或者远离声源或者光源,他所感受到的声波或者光波的波长也会相应发生变化。于是,他产生了一个大胆的设想,恒星颜色的产生和变化也是因为这个原因造成的。多普勒认为,恒星本身应该是白色的,之所以一些恒星看上去是有颜色的,是因为对我们来说,它们是运动的,而且是在进行调整运动 。当恒星向地球快速靠近时,向在地球上的观察者们发出的光波是已经缩短了的,所以观察者看到的光是蓝色的、绿色的,还有紫色的。当恒星远离地球的时候,观察者们看到的光就是黄色的或红色的了。

这个想法很独特,但却可以肯定是错误的。我们的眼睛要是能够发现恒星因为快速移动而发生的色彩变化的话,这些恒星的速度得达到非常大才行,也就是要达到每秒钟移动几万千米。而且不仅如此,当向地球靠近的白色恒星发出的光由蓝色变成紫色的话,在光谱上,它后来发射出的绿线就会变成蓝线,紫线就变成了紫外线,而红外线就变成了红线。也就是说,白光本身的各种成分并没有消失,虽然光谱上的各种颜色发生了位置的变化,但是在我们看来,我们是不会感觉到这些颜色有什么改变的。

相对于观察者而言,处于运动状态的恒星,它们在光谱中的暗线也会发生移动,这又是另外一回事了。我们可以使用精确的仪器测出这些变动,也可以根据看见的光线,算出恒星的运动速度(一个好的分光镜能够准确测量出1千米/秒的恒星速度)。

现代物理学家伍德有一次因为车开得太快,当红色信号灯亮起时没来得及停车,直接闯了过去。当警察正准备对他进行罚款时,伍德突然想起多普勒所犯的这个错误。据说伍德当时跟交通警察是这样解释的:“在我快速开始行驶时,远处的红色信号灯看起来就是绿色的。”这位警察如果也懂物理学的话,一定能够算得出,如果这位物理学家的辩解真能成立的话,就意味着他的汽车速度要达到13500万千米/小时,这是根本不可能的。

下面就是计算方法。从光源发出的波长(就是指红色信号灯),我们用z来表示;观察者(也就是物理学家伍德)看到的波长,我们用f来表示;汽车速度,我们用v来表示;c则表示光速。那么,这些数据之间的关系为

物理学家的一笔罚单

我们知道,红色光中最短的波长是0.0063毫米,绿色光中最长的波长为0.0056毫米,光速是300000千米/秒,可得:

物理学家的一笔罚单

代入数据,我们可以算出汽车的速度是:37500千米/秒,如果换算成以小时为计算单位的数据,就是135000000千米/小时。如果伍德的车速达到了这么快个速度,他只需要开1个小时多一点儿的时间,就能从警察身边直接飞到比太阳还远的地方去了。不过据说这位物理学家最后并没有蒙混过关,他被警察以超速行驶的理由罚了款。